Publicação: Recuperação de metais e remoção de corantes orgânicos utilizando compósitos de MOF
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Data
Autores
Orientador
Frem, Regina Célia Galvão 
Barud, Hernane da Silva
Coorientador
Pós-graduação
Química - IQAR 33004030072P8
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
MOFs são uma subfamília dos polímeros de coordenação contendo cavidades potencialmente vazias, com potencial de aplicação em inúmeras áreas. Apesar de apresentarem diversas vantagens, a maioria dos métodos de síntese resulta em um pó fino, dificultando sua aplicação. Uma estratégia para contornar esse problema é a produção de compósitos envolvendo MOFs. Com isso, o objetivo deste trabalho é a produção de compósitos envolvendo membranas de celulose bacteriana (CB) e celulose funcionalizada (CMCB) com a matriz porosa ZIF-8 e hidrogéis compósitos de ácido algínico empregando os materiais UiO66-2COOH, MOF-808 e Zn3L3, e testar sua capacidade de adsorver corantes orgânicos de solução aquosa e íons Cu(II) de lixívia ácida, respectivamente. Inicialmente, ZIF-8 foi sintetizada usando um método solvotermal convencional e um método solvotermal assistido por micro-ondas. Enquanto o método convencional produziu uma mistura das fases ZIF-8 e ZIF-L, com partículas de, aproximadamente, 1,5µm de diâmetro, o método assistido por micro-ondas produziu apenas ZIF-8, com partículas de diâmetro entre 50-100nm. As membranas compósito produzidas em estufa solvotérmica apresentaram maior razão de MOF quando comparadas as suas equivalentes produzidas em reator de micro-ondas. Além disso, foi incorporado preferencialmente a fase ZIF-8 nessas membranas. Através da utilização de uma etapa pré-síntese, foi possível aumentar a quantidade de MOF incorporada nas membranas, mas não se observou um melhor recobrimento da fibra usando essa abordagem. Para a membrana funcionalizada, observa-se um aumento da razão de MOF quando comparada a sua equivalente usando CB e, empregando o método assistido por micro-ondas, foi possível obter um recobrimento quase completo da superfície das fibras. Foi realizado um teste preliminar para verificar a capacidade das membranas em adsorver os corantes azul de metileno e alaranjado de metila, e observou-se que a maior área de superfície externa proporcionado pela MOF produzida no reator de micro-ondas favorece o processo de adsorção, bem como a funcionalização da membrana de celulose. Em outra vertente, foram sintetizados e caracterizados os materiais UiO-66-2COOH, MOF-808 e Zn3L3. Uma vez que este último se mostrou instável em pH = 2, não foi dado continuidade aos experimentos com ele. As MOFs UiO-66-2COOH e MOF-808 foram obtidas na forma de partículas micrométricas, formadas pela aglomeração de partículas nanométricas, com tamanho de cristalito estimado em, aproximadamente, 2nm. Como prova de conceito, foi realizada a incorporação de UiO-66-2COOH em hidrogel de ácido algínico através de um método relativamente simples, produzindo esferas contendo 62,22% de MOF, quando secas. Por fim, foram realizados testes preliminares empregando UiO-66-2COOH, MOF-808 e os hidrogéis produzidos para verificar a capacidade dos materiais em adsorver cobre seletivamente a partir de uma lixívia ácida. Os resultados para as MOFs indicam que a MOF-808 apresenta maior capacidade de adsorção e seletividade. Resultados indicaram presença das espécies Cu2+ e SO4 2- em ambas as MOFs após contato com a lixívia.
Resumo (inglês)
MOFs are a subset of coordination polymers containing potential voids, with potential application in numerous areas. Despite having several advantages, most synthesis methods result in a fine powder, making their application difficult. One strategy to overcome this problem is the production of composites involving MOFs. Thus, the objective of this work is the production of composites involving bacterial cellulose (CB) and functionalized cellulose (CMCB) membranes with the porous matrix ZIF-8 and alginic acid hydrogels using the materials UiO-66-2COOH, MOF-808 and Zn3L3, and test their ability to adsorb organic dyes from aqueous solution and Cu(II) ions from acid leachate, respectively. Initially, ZIF-8 was synthesized using a conventional solvothermal method and a microwave-assisted solvothermal method. While the conventional method produced a mixture of the ZIF8 and ZIF-L phases, with particles of approximately 1.5µm in diameter, the microwave-assisted method produced only ZIF-8, with particles of diameter between 50-100nm. The composite membranes produced in a solvothermal oven had a higher MOF ratio when compared to their equivalents produced in a microwave reactor. Furthermore, the ZIF-8 phase was preferentially incorporated into these membranes. By using a pre-synthesis step, it was possible to increase the amount of MOF incorporated into the membranes, but better fiber coverage was not observed using this approach. For the functionalized membrane, an increase in the MOF ratio was observed when compared to its equivalent using CB and, using the microwave-assisted method, it was possible to obtain an almost complete coverage of the fiber surface. A preliminary test was carried out to verify the ability of the membranes to adsorb methylene blue and methyl orange dyes, and it was observed that the greater external surface area provided by the MOF produced in the microwave reactor favors the adsorption process, as well as the functionalization of the cellulose membrane. In another aspect, the materials UiO-66-2COOH, MOF-808 and Zn3L3 were synthesized and characterized. Since the latter proved to be unstable at pH = 2, experiments with it were not continued. The MOFs UiO-66-2COOH and MOF-808 were obtained in the form of micrometric particles, formed by the agglomeration of nanometric particles, with an estimated crystallite size of approximately 2nm. As a proof of concept, the incorporation of UiO-66-2COOH into alginic acid hydrogel was performed using a relatively simple method, producing spheres containing 62.22% MOF, when dried. Finally, preliminary tests were carried out using UiO-66-2COOH, MOF-808 and the produced hydrogels to verify the materials' ability to selectively adsorb copper from an acidic leachate. The results for the MOFs indicate that MOF-808 has greater adsorption capacity and selectivity. Results indicated the presence of Cu2+ and SO4 2- species in both MOFs after contact with the leachate.
Descrição
Palavras-chave
MOFs, Biopolímeros, Compósitos, Adsorção, Corantes orgânicos, Íons cobre(II)
Idioma
Português
